Transferência de energia

Transferência de energia no corpo humano

O corpo humano precisa receber um suprimento contínuo de energia para poder realizar suas funções. A energia derivada da oxidação do alimento não é liberada subitamente ao ser alcançada uma determinada temperatura, pois as células do organismo, diferentemente de um motor de combustão, não conseguem utilizar a energia térmica.
Esse processo de extração lenta reduz a perda de energia na forma de calor e proporciona uma eficiência muito maior nas transformações energéticas. Essas transformações permitem ao corpo utilizar diretamente a energia química para a realização do trabalho biológico. Em um certo sentido, a energia é fornecida às células à medida que torna necessária.

1. ATP – Adenosina trifosfato

A energia presente nos alimentos não é transferida diretamente às células para realização de trabalho biológico. Em vez disso, essa energia dos nutrientes liberada através da oxidação é recolhida e conduzida como uma forma acessível de energia química através do composto rico em energia ATP (adenosina trifosfato). A energia potencial dentro da molécula de ATP é utilizada para todos os processos da célula que necessitam de energia.
As duas principais atividades transformadoras de energia na célula são:
- Formação do ATP rico em energia a partir da energia potencial existente no alimento;
- Uso da energia química presente no ATP para trabalho biológico.

A energia liberada durante o fracionamento de ATP é transferida diretamente para outras moléculas que necessitam de energia. Poe exemplo, no músculo, essa energia química ativa locais específicos ao longo dos elementos contráteis, acarretando o encurtamento da fibra muscular. Como a energia aproveitada do ATP aciona todas as formas de trabalho biológico, o ATP foi considerado uma “moeda corrente da energia” da célula.

2. Fosfato de creatina: reservatório de energia

Como uma pequena quantidade de ATP é armazenada na célula e não pode ser fornecida através do sangue ou através de outros tecidos, essa substância deverá ser ressintetizada continuamente no mesmo ritmo que é utilizada.
Como o ATP é mantido apenas em pequenas quantidades, sua concentração relativa é alterada rapidamente com qualquer aumento do metabolismo energético. Esta mudança estimula imediatamente a decomposição dos nutrientes armazenados para fornecer energia para a ressíntese de ATP.

Apesar de as principais fontes de energia química para a ressíntese do ATP serem as gorduras e os carboidratos, parte da energia da ressíntese do ATP é gerado rapidamente e sem oxigênio a partir de outro composto fosfato rico em
energia denominado fosfato de creatina, ou CP. A transferência de energia de CP é essencial durante as transições de uma baixa para uma alta demanda de energia, como ocorre no início de um exercício, quando as necessidades de energia ultrapassam a quantidade armazenada pelos macronutrientes. A concentração de CP na célula é cerca de quatro a seis vezes maior que aquela de ATP. Assim sendo, CP é considerado o “reservatório” de fosfato de alta energia.
Ilustração simplificada da estrutura do ATP, que é moeda corrente energética que aciona todas as formas de trabalho biológico. O símbolo ~ significa ligações de alta energia.

3. Oxidação celular

Átomos de hidrogênio são arrancados continuamente dos substratos de glicídios, lipídios e proteínas durante o metabolismo energético. Moléculas carregadoras dentro das mitocôndrias, que representam as “usinas químicas” da célula, removem os elétrons desses átomos de hidrogênio e os transferem para oxigênio molecular. Para completar o processo, o oxigênio aceita também hidrogênio para formar água. Grande parte da energia gerada na oxidação celular é aprisionada ou conservada como energia química na forma de ATP.

A energia é extraída do alimento em uma série de pequenas etapas envolvendo a transferência de elétrons de moléculas doadoras para moléculas aceitadoras. Esse processo, conhecido como oxidação-redução, é fundamental para a dinâmica energética celular. Durante a oxidação celular, os átomos de hidrogênio não são simplesmente despejados no líquido celular, pelo contrário, a liberação de hidrogênio pelo substrato nutriente é catalisada ao longo da superfície interna da mitocôndria por enzimas desidrogenases altamente específicas.

Durante o metabolismo energético, o oxigênio funciona como o aceitador de elétrons na cadeia respiratória e combina-se com o hidrogênio para formar água.
4. Liberação de energia pelos carboidratos
A função primária dos carboidratos consiste em fornecer energia para o trabalho celular. Os carboidratos são os únicos macronutrientes cuja energia armazenada pode ser usada para gerar ATP.

Essa capacidade é importante durante o exercício vigoroso e requer a liberação rápida de energia acima dos níveis que podem ser atendidos pelas reações metabólicas. Nesse caso, o glicogênio acumulado e a glicose sanguínea terão que fornecer a maior parte da energia para a ressíntese de ATP.

5. A glicólise gera energia a partir da glicose
Quando a molécula de glicose penetra na célula para ser utilizada como energia, sofre uma série de reações químicas denominadas glicólise. Essas reações ocorrem no meio aquoso da célula fora da mitocôndria. Em termos de seqüência evolucionária, a glicólise representa uma forma mais primitiva de transferência de energia que se encontra bem desenvolvida nos anfíbio, répteis e mamíferos que mergulham.
Na primeira reação ATP age como doador de fosfato para fosforilar a glicose e transformá-la e glicose 6-fosfato. Essa reação “aprisiona” a molécula de glicose na maioria das células, que são as hepáticas, pois contêm a enzima fosfatase, que retira o fosfato de
glicose 6-fosfato, fazendo com que a glicose possa deixar a célula para ser transportada por todo o corpo, assim se polimeriza com outras moléculas de glicose formando o glicogênio que é uma fonte de glicose para a obtenção de energia.

6. Liberação de energia pela gordura

A gordura armazenada representa a mais abundante fonte corporal de energia potencial. Em relação aos outros nutrientes, a quantidade de gordura disponível para produção de energia é quase ilimitada.
O fornecedor mais ativo de moléculas de ácidos graxos é o tecido adiposo, apesar de existir alguma gordura armazenada em todas as células. Os adipócitos, ou células gordurosas são especializadas para sintetizar e armazenar os triglicerídios, cujas gotículas ocupam até 95% do volume da célula. Depois que os ácidos graxos se difundem do adipócito para a corrente sangüínea, fixam-se na albumina plasmática como ácidos graxos livres, AGLs. Estes são levados a seguir para tecidos ativos e são metabolizados para a obtenção de energia. A utilização de gordura como substância energética varia intimamente com o fluxo sangüíneo no tecido ativo. Com o aumento do fluxo sangüíneo, mais AGLs são levados do tecido adiposo para o músculo ativo; conseqüentemente, maiores quantidades desses nutrientes são usados para obtenção de energia.

Bomba de sódio e de potássio

A bomba de sódio (também designada bomba de sódio-potássio, Na+/K+-ATPase ou bomba Na+/K+) é um mecanismo que se localiza na membrana plasmática de quase todas as células do corpo humano. É também comum em todo o mundo vivo.

Função

Para manter o potencial eléctrico da célula, esta precisa de uma baixa concentração de ions de sódio e de uma elevada concentração de ions de potássio, dentro da célula. Fora das células existe uma alta concentração de sódio e uma baixa concentração de potássio, pois existe difusão destes componentes através de canais iônicos existentes na membrana celular. Para manter as concentrações ideais dos dois ions, a bomba de sódio bombeia sódio para fora da célula e potássio para dentro dela. Note-se que este transporte é realizado contra os gradientes de concentração destes dois ions, o que ocorre graças à energia liberada com a clivagem de ATP (transporte ativo).

O mecanismo

* A bomba, ligada ao ATP, liga-se a 3 íons de Na+ intracelulares.
* O ATP é hidrolizado, levando à fosforilação da bomba e à libertação de ADP.
* Essa fosforilação leva a uma mudança conformacional da bomba, expondo os íons de Na+ ao exterior da membrana. A forma fosforilada da bomba, por ter uma afinidade baixa aos íons de sódio, liberta-os para o exterior da célula.
* À bomba ligam-se 2 íons de K+ extracelulares, levando à desfosforilação da bomba.
* O ATP liga-se e a bomba reorienta-se para libertar os íons de potássio para o interior da célula: a bomba está pronta para um novo ciclo.

O bombeamento não é equitativo: para cada três íons sódio bombeados para o líquido extracelular, apenas dois íons potássio são bombeados para o líquido intracelular.

Fisiologia

Como a membrana celular é muito menos permeável ao sódio que ao potássio, desenvolve-se um potencial eléctrico (negativo, como ponto de referência o interior celular) na célula.

O gradiente de concentração e eléctrico estabelecido pela bomba de sódio, suporta não só o potencial eléctrico de repouso da célula mas também os potenciais de ação em células nervosas e musculares. A exportação de sódio da célula proporciona a força motriz para que certos transportadores façam o importe de glicose, aminoácidos e outros nutrientes importantes para a célula. A translocação de sódio de um lado do epitélio para o outro cria um gradiente osmótico que suporta a absorção de água.
[editar] Farmacologia

As bombas de sódio encontradas na membrana das células do coração são um importante alvo de drogas (digoxina e ouabaina) usadas para promover a performance cardíaca através do aumento da força de contracção. A contracção de qualquer músculo está dependente de uma concentração intercelular de cálcio 100-10000 vezes maior que a encontrada em repouso. O relaxamento do músculo está dependente da actuação de uma enzima que faça a reposição da concentração de cálcio. Essa enzima (faz a translocação Na-Ca) aproveita o gradiente de Na gerado pela bomba de sódio para remover o cálcio do espaço intercelular, levando assim a contracções mais fortes do músculo.